Evolución técnica de los láseres de fibra de alta potencia
Optimización deláser de fibraestructura
1. Estructura de bomba de luz espacial
Los primeros láseres de fibra utilizaban principalmente la salida de bombeo óptico,láserSu potencia de salida es baja, por lo que mejorarla rápidamente en poco tiempo resulta más difícil. En 1999, la potencia de salida de los láseres de fibra superó por primera vez los 10 000 vatios. La estructura del láser de fibra se basa principalmente en el bombeo óptico bidireccional, formando un resonador. La eficiencia de pendiente del láser de fibra alcanzó el 58,3%.
Sin embargo, si bien el uso de luz de bombeo de fibra y la tecnología de acoplamiento láser para desarrollar láseres de fibra pueden mejorar eficazmente la potencia de salida de estos, al mismo tiempo existe una complejidad que no favorece la construcción de la trayectoria óptica mediante lentes. Una vez que es necesario mover el láser durante el proceso de construcción de la trayectoria óptica, esta también debe reajustarse, lo que limita la amplia aplicación de los láseres de fibra con estructura de bombeo óptico.
2. Estructura de oscilador directo y estructura MOPA.
Con el desarrollo de los láseres de fibra, los separadores de potencia de revestimiento han reemplazado gradualmente los componentes de lente, simplificando los pasos de desarrollo de los láseres de fibra y mejorando indirectamente la eficiencia de su mantenimiento. Esta tendencia de desarrollo simboliza la creciente practicidad de los láseres de fibra. La estructura de oscilador directo y la estructura MOPA son las dos estructuras más comunes de láseres de fibra en el mercado. En la estructura de oscilador directo, la rejilla selecciona la longitud de onda durante el proceso de oscilación y luego emite dicha longitud de onda, mientras que la estructura MOPA utiliza la longitud de onda seleccionada por la rejilla como luz semilla, la cual se amplifica mediante un amplificador de primera etapa, lo que también mejora la potencia de salida del láser de fibra. Durante mucho tiempo, los láseres de fibra con estructura MOPA se han utilizado como la estructura preferida para láseres de fibra de alta potencia. Sin embargo, estudios posteriores han descubierto que la alta potencia de salida en esta estructura puede provocar fácilmente la inestabilidad de la distribución espacial dentro del láser de fibra, y el brillo del láser de salida se verá afectado en cierta medida, lo que también tiene un impacto directo en el efecto de alta potencia de salida.
Con el desarrollo de la tecnología de bombeo
La longitud de onda de bombeo de los primeros láseres de fibra dopados con iterbio suele ser de 915 nm o 975 nm, pero estas dos longitudes de onda de bombeo corresponden a los picos de absorción de los iones de iterbio, por lo que se denomina bombeo directo. Sin embargo, el bombeo directo no se ha utilizado ampliamente debido a las pérdidas cuánticas. La tecnología de bombeo en banda es una extensión de la tecnología de bombeo directo, en la que la longitud de onda entre la longitud de onda de bombeo y la longitud de onda de transmisión es similar, y la tasa de pérdidas cuánticas del bombeo en banda es menor que la del bombeo directo.
láser de fibra de alta potenciacuello de botella en el desarrollo tecnológico
Aunque los láseres de fibra tienen un alto valor de aplicación en los sectores militar, médico y otros, China ha impulsado su amplia aplicación a través de casi 30 años de investigación y desarrollo tecnológico. Sin embargo, para lograr una mayor potencia de salida en los láseres de fibra, aún existen muchos obstáculos en la tecnología actual. Por ejemplo, si la potencia de salida del láser de fibra puede alcanzar los 36,6 kW en una sola fibra monomodo; la influencia de la potencia de bombeo en la potencia de salida del láser de fibra; y la influencia del efecto de lente térmica en la potencia de salida del láser de fibra.
Además, la investigación sobre la tecnología de mayor potencia de salida del láser de fibra también debe considerar la estabilidad del modo transversal y el efecto de oscurecimiento de fotones. Tras la investigación, queda claro que el factor que influye en la inestabilidad del modo transversal es el calentamiento de la fibra, y el efecto de oscurecimiento de fotones se refiere principalmente a que, cuando el láser de fibra emite continuamente cientos de vatios o varios kilovatios de potencia, la potencia de salida muestra una rápida tendencia a la baja, lo que supone una limitación en la emisión continua de alta potencia del láser de fibra.
Aunque las causas específicas del efecto de oscurecimiento de fotones no se han definido claramente en la actualidad, la mayoría cree que los centros de defectos de oxígeno y la absorción por transferencia de carga pueden provocarlo. Para inhibir este efecto, se proponen las siguientes medidas: utilizar materiales como aluminio y fósforo para evitar la absorción por transferencia de carga. Posteriormente, se prueba y aplica una fibra activa optimizada, cuyo estándar específico consiste en mantener una potencia de salida de 3 kW durante varias horas y una potencia de salida estable de 1 kW durante 100 horas.
Fecha de publicación: 4 de diciembre de 2023